03_第三章__船船同步发电机的并联运行

第三章船船同步发电机的并联运行学习目标知识目标1．能正确叙述和理解船舶同步发电机的并联运行条件；2．能正确理解和掌握船舶同步发电机的并联运行方法；3．能简单叙述同步发电机的无功功率的调整的基本原理；4．能正确理解和掌握同步发电机的频率及有功功率的自动调整原理及工作特点。

能力目标1．会进行船舶同步发电机的手动和自动并车；2．会进行船舶同步发电机的同步调整；3．会进行船舶同步发电机的功率、频率调整。

第一节同步发电机并联运行的条件一、概述两台以上的发电机同时工作，通过共同的公共母线供电给全船的电力负荷称为并联运行。

(一)并联运行的优点因为并联运行有如下两个优点，所以船舶电站的发电机都采用并联运行的方式。

1．船舶电力负荷随船舶工况的变动而经常变动，例如航行工况与停泊无装卸工况的负荷差别很大，我们知道，对发电机来说，一般都设计成在接近满负荷使用时具有最高的效率，因此，船舶电站总是设计成两台以上的发电机组成，在小负荷时，适宜于单机运行，而负荷大时，则采用两台或两台以上发电机并联运行，这样能保证在各种不同工况下，运行中的发电机都能在高效率下工作。

2．为了保证供电的可靠性和连续性，船舶电站总设置有备用发电机组，当要检修运行中的发电机组时，先将备用机组起动并与电网并联后，再转移负载，将所检修的运行机组的负载转移在备用机组上后，再从电网解列，这样可以保证不停电的检修运行中的发电机组。

(二)同步发电机并联运行的条件为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行的发电机必须满足如下的电气方面的条件:1．各发电机电压的相序应该一致。

2．各发电机的电压大小(有效值)应该相等。

3．各发电机电压的相位应该一致。

4．各发电机电压的频率应该一致。

由于船舶电站在建造时，三相相序已正确接好，各机组的三相相序已分别通过主开关与电网或汇流排的三相相序分别对应接好，只要不是人为的错误换接，那么船舶发电机并联时要求相序相同的条件，事实上已经得到满足，因此三相发电机的三相电流相序一旦接好后，不得改动。

下面对以上四个条件进行详细分析。

二、三相相序条件的分析如果待并发电机的频率、相位、电压三个条件均已满足运行发电机的要求，不能并联的。

正负极性错位一样，短路现象。

这时，两发电机间的短路负载为其各发电机 的内部阻抗，此阻抗值极小，因此强行并联 后，必将产生严重短路电流，在此电流的冲 击下，电网电压迅速下降，主开关立即跳闸， 造成全船电网失电。

在测量相序时，可采取如下方法:三相相序相同时，各机间三相的对应电压为零伏。

否 则将产生400伏的线电压，因此，可以用万用表或交流电压表检测三相相序是否相同。

图3.1.1表示待并机Ｇ２的Ａ、Ｃ两相与汇流排相序不同的情况。

由图3.1.1可见，用电压表“Ｖ”应能测出ＵＡＣ２与ＵＣＡ２的电压均为400伏，而ＵＢＢ２的电压为0伏。

说明Ｂ相极性相同，A B C 图3.1.1 相序条件分析图但Ａ、Ｃ两相反相，故不得并联合闸。

三、三相电压条件的分析如果待并机的相序、频率、相位均满足电网的要求，只有待并机的三相电压值与电网三相电压值不相等，也不能并联。

为分析方便，设Ｕ２>Ｕ１。

在两台发电机存在电压差时合上待并发电机的主开关ACB ２，此时在ACB ２两端将产生一差值电压△1 1 U U 1 图3.1.2 电压条件分析图 (a )(b (cPH -I12U U U -=,此电压差将在两机组间产生一环流PHI 。

如图3.1.2(b)所示，因为环流流经的回路主要是感抗，故PH I 滞后△U 约为90°，矢量图如3.1.2(c)所示，这一环流对二台发电机均产生均压作用，由于PH I 与2I 的方向一致，对发电机Ｇ２来讲，PHI 相当于是Ｇ２输出一个滞后的无功电流，它产生的电枢反应是去磁的，将使Ｇ２的端电压比并联前2U 有所下降，但对运行机Ｇ１来讲，PH I 与1I 反方向，因而PHI 相当于是减少Ｇ１输出的滞后无功电流，其电枢反应的结果是减少了原来的去磁作用，这样将使Ｇ１的端电压比并车前的1U 有所升高，结果使二台发电机并联运行于同一电压U 上。

这是对并车有利的方面。

由于发电机并车时，等值电抗很小，在电压差较大的情况下进行并车时，回路中阻抗主要为发电机的超瞬变电抗Ｘｄ,它比稳定时发电机电抗小得多。

这样，即便比较小的电压差都将在机组间产生很大的冲击电流。

在并车时应予避免，因此一般要求，在并车操作中，电压差不得超过10%Ｕｅ.四、三相相位条件的分析如果待并机的相序，频率、电压均满足电网的要求，只有待并机的三相相位与电网不相同，也不能并联，设δ0＝δ２0－δ１0＝０。

如图3.1.3所示，尽管二电压的有效值相等，频率相同，但由于初相位不一致，合闸瞬间ACB 2的动静触头之间仍然存在有电压差△Ｕ=Ｕ２-Ｕ１,其大小为: △Ｕ＝２Ｕsin(δ0/2)当δ０=180°时，则△Ｕ＝２Ｕ,此时电压差最大，由于△Ｕ的存在，产生平衡电流PHI ，它滞后于△U 为90°，滞后于2U 为δ０/２,而超前1U 为δ0/2. PH I 对发电机Ｇ２而言是与其输出电流2I 的正方向相同，可分解为与2U 同相的有功分量PHP I 及与2U 垂直的无功分量PHq I ,对发电机Ｇ１而言，环流PH I 的负值—PH I 与Ｇ１的输出电流1I 的正方向相同，如图3.1.4所示，它也可分解为二个分量，即与1U 反相的有功分量是1PHP I 及与1U 垂直的无功分量1PHq I 。

由于PHP I 与2U 同相，对发电机Ｇ２将增加有功负荷，在轴上产生一个制动力矩，但对Ｇ１来说，1PHP I 与1U 反相位，Ｇ１吸收有功功率，Ｇ１运行于电动状态，在轴上产生一个驱动力矩，两者作用的结果均有利于使二台机组拉入同步，即相位一致，同步发电机内部的这样作用称为“自整步”作用。

在相位差很大的情况下进行并车时，过大的△Ｕ将产生很大的冲击电流，在发电机轴上将产生很大的冲击转矩。

可能引起机组转子的振荡或失步而逆功率跳闸，甚至损坏机组。

因此，一般要求并车瞬间，相位差不得超过15°。

五、频率条件的分析U 1 U 2 ΔUUU U 1 PH 图3.1.3 图3.1.4如果待并机的相序、电压、相位均满足电网的要求，只有待并机的频率与电网不相等，也不能并联。

设ｆ２>ｆ１。

由图3.1.5可知，在合闸瞬间(ｔ＝０)两发电机组电压向量重合，但由于ｆ２>ｆ１,经过△ｔ后，2U 将超前1U 一个角度δ＝2π(ｆ２-ｆ１)△ｔ，同样会产生电压差△U ，其结果与前面分析相同，即也将产生环流PHI 。

若在并车瞬间，两机组的频率相差较小，依靠自整步作用可自行拉入同步；若频率差太大，因自整步作用不足以拉入同步，将造成机组失步而跳闸，严重时将造成全船失电。

所以在并车时，希望频率差在±0．5Ｈz以内。

从上面分析可知，当发电机间并联运行时，必须同时满足上述四个条件。

其中任何一个U1U2f1 f2U1Ufδ=2π(f1-f2)△t(a)(b)图3.1.5 频率条件分析图条件不满足时，将产生电压差，形成环流。

这个环流可能是短路环流，可能是无功环流，也可能是无功和有功环流，并包括动能。

如果根据发电机的承受能力，限制环流变化范围，则能自动将各并联机组拉入同步运行。

如果并联条件超过允许范围后(即△Ｕ>１０％Ｕe;△δ>15°；△ｆ>１％ｆe),过大的冲击电流和能量，可能导致并联失败或使电网电压突然下降而跳闸及损坏机组等事故，这都应该设法避免，以保证并联供电安全。

第二节同步发电机的并联方法一、概述为了使待并机正确无误的并联成功，必须采取科学的方法进行并联操作。

目前，船舶同步发电机组并联运行的方法可分为三类:准同步法、粗同步法和自同步法。

(一)准确同步法准确同步法是将待并发电机组及运行发电机组的电压，频率及相位都调得十分接近，再合上待并发电机组的主开关。

此法在并车时引起的冲击电流、冲击转矩和母线电压的下降都很小，对系统的影响较小，是目前船舶上普遍采用的并车方法，但采用此法并车时，对操作者的素质要求较高，若因某种原因造成非同步并联时，将造成很大的冲击电流，最严重时其冲击电流与机端三相短路电流相同。

目前，船舶上通常采用的手动并车、半自动并车及自动并车均属准同步并车法。

(二)粗同步法粗同步法是指待并机基本满足电网所需的并联条件后，即可先行串联一个电抗器与电网并联，然后再合主开关的方法。

(三)自同期法自同期法是将未经励磁的发电机的转速加速到接近同步转速，再将主开关合闸，并立即给发电机加上励磁，依靠机组间自整步作用而拉入同步，使发电机与电93力系统并联运行。

自同期原理与前述并联条件的分析相同，当待并机上网后再起压时，定子的磁场与转子的磁场必相互作用，产生同步力矩，如果待并机转子转速高于定子磁场转速时，产生阻力矩，相当工作在发电机状态，如果待并机转子转速低于定子磁场转速时，产生加速力矩，相当于工作在电动机状态。

结果将待并机拉入同步运行。

这种并联方法的主要优点是操作简单，上网迅速，但由于定子在无压下并联，实际上是一个感性负载，因此合闸时的冲击电流和冲击转矩较大，电压下降过度，一般船舶电站的容量无法满足其要求，因此在船上极少采用。

二、同步发电机组的手动并联运行通过人工操作来调整待并发电机的电压和频率，使之满足并联运行的三大条件而进行合闸操作的过程称之为手动准同步并车。

目前船上常用的手动准同步并车94方法有:同步指手灯并车法和整步表并车法。

(一)同步指示灯并车法用指示灯检测并车时是否符合并车条件有两种接线方式，一种叫做灯光明暗法，一种叫灯光旋转法。

1．灯光明暗法Array图3.2.1这里为简化而将互感器省略了。

将三个(也可以只用两个)指示灯ＨＬ1、ＨＬ２、图3.2.1 灯光明暗法接线图ＨＬ３的两端分别接在待并发电机与电网电压的对应相上，这样，每个指示灯两端的电压就是其对应相的电压差△Ｕ，在并车条件的讨论中已说明过当电压、频率和相位不一致时，在待并机与电网之间都会出现电压差，指示灯就会发亮。

因为灯泡上所加电压的大小是随相位差的不同而变化的，所以三个指示灯随相位差的变化而同时忽亮忽暗，并且频差越大，灯泡的亮、暗变化越快，当指示灯亮、暗变化较慢时(频差越小时)，并在指示灯完全熄灭的那一瞬间(相位差为零)就是我们在并车操作中要捕捉的合闸时刻。

一般灯泡当电压降9596 到30—50%额定电压时已经熄灭，因此在观察过程中可以发现灯泡在熄灭的状态下要逗留一段时间。

操作者要仔细地观察指示灯，以求掌握其亮、暗的规律，准确地捕捉住灯光熄灭过程中正中间的一瞬使待并机主开并恰好合上闸。

2．灯光旋转法图3.2.2画出了灯光旋转法的接线图和矢量图 ＨＬ１接在待并机与电网的对应相Ａ相上，ＨＬ２接在Ｃ１Ｂ间，ＨＬ３接在Ｂ１Ｃ间，采用交叉接法。